Combustione: differenze tra le versioni

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{{Disclaimer|Pericolo}}

{{F|chimica|luglio 2016|}}

[[File:Midsummer bonfire closeup.jpg|thumb|Combustione di [[legna]] e [[ossigeno]]]]

La '''combustione''' (dal [[Lingua latina|latino]] ''combustio'', ''-ōnis'', bruciamento)<ref>{{Cita web|url=https://www.treccani.it/enciclopedia/combustione_(Enciclopedia-Italiana)|titolo=COMBUSTIONE in "Enciclopedia Italiana"|sito=www.treccani.it|lingua=it-IT|accesso=2023-01-21}}</ref> è una [[reazione chimica]] che comporta l'[[ossidazione]] di un [[combustibile]] nobile da parte di un [[comburente]] non nobile (che in genere è rappresentato dall'[[ossigeno]] presente nell'[[aria]]), con sviluppo di [[calore]] e [[radiazione elettromagnetica|radiazioni elettromagnetiche]] dannose per l'uomo, tra cui spesso anche [[luce|radiazioni luminose]] che, in questo specifico caso, non sono dannose.<ref name=gran1>{{Cita|Grandi|p. 1.}}</ref> Spesso la combustione è accompagnata anche dalla presenza di una [[fiamma]] gialla e gas ad alta temperatura prodotti dalla combustione, che disperdendo al loro interno polveri ottenutiottenute dalla combustione (in genere particelle carboniose), danno origine al [[fumo]] nero e denso.<ref name=gran1/> La combustione in assenza di fiamma è detta "combustione con brace".<ref>{{Cita|Grandi|p. 2.}}</ref>

In altri termini, la combustione è un'[[ossidoriduzione]] endotermicaesotermica, in quanto un composto si ossida mentre un altro si riduce (ad esempio nel caso della combustione degli idrocarburi, il carbonio si ossida mentre l'ossigeno si riduce), con rilascio di energia e formazione di nuovi composti (generalmente anidride carbonica e acqua).

== Il triangolo del fuoco ==

{{Vedi anche|Triangolo del fuoco}}

[[File:Triangolo del fuoco; Combustibile + Comburente + Innesco = Fuoco.svg|thumb|Il triangolo del fuoco]]

Il "[[triangolo del fuoco]]" consiste nei tre elementi che sono necessari allo svolgersi della reazione di combustione. Questi tre elementi sono:<ref name=gran1/>

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Il combustibile e il comburente devono essere in [[Campo d'infiammabilità|proporzioni adeguate]] perché la combustione abbia luogo, delimitate dal cosiddetto "[[campo d'infiammabilità]]".

La reazione tra il combustibile e il comburente non è spontanea, ma avviene a opera del livello energetico della sostanza combustibile che degrada emettendo atomi di carbonio, idrogeno e altro capace di combinarsi con l'ossigeno emettendo ulteriore calore capace di mantenere il livello termico grazie al quale avviene la piroscissione del combustibile.
L'innesco può essere rappresentato per esempio da una fonte di calore o da una scintilla. L'innesco rappresenta l'[[energia di attivazione]] necessaria alle molecole di reagenti per iniziare la reazione e deve essere fornita dall'esterno. In seguito l'energia rilasciata dalla reazione stessa ne rende possibile l'autosostentamento, senza ulteriori apporti energetici esterni.

Per poter accelerare la combustione si può adoperare una turbolenza, la quale aumenta il mescolamento tra combustibile e comburente, velocizzando la combustione.

Mancando uno degli elementi del triangolo, la combustione non si sviluppaavvia o se è già in corso si estingue. SpegnereÈ uninfatti incendiopossibile èspegnere infattiil possibilefuoco per sottrazione (esaurimento o allontanamento) del combustibile, per soffocamento (separazione dell'ossigeno/comburente per mezzo di una sostanza coprente) o per raffreddamento (fermando la reazione a catena di autosostentamento dell'innesco).

== CineticaCatena di combustione ==

La reazione di combustione è un processo complesso, composto da più [[reazione a catena|reazioni a catena]]:

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L'accensione di una miscela combustibile comburente può avvenire in due modi:

* Autoaccensione: è l'accensione simultanea dell'intera massa di miscela. Se la temperatura di questa è elevata, il calore evacuato all'ambiente risulta minore di quello prodotto, la reazione è autocatalizzata e la pressione sale velocemente: si ha un'esplosione ([[teoria di Semenov]]).

* Accensione provocata: si ha quando una sorgente entro la miscela cede energia, e dà luogo a un'accensione locale che poi può propagarsi nell'intera miscela. Questo si verifica se:

** localmente il calore della sorgente sviluppa una temperatura superiore a quella di autoaccensione.

** la quantità di miscela accesa abbia un'energia sufficiente a sostenere e propagare la combustione nell'intero volume.

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:<chem>C(g) + O2(g) -> CO2(g)</chem>

[[File:FlameCNX TestChem Ca18 01 NaFlame.jpg|thumb|75px|[[Saggio alla fiamma]] sucon [[clorurosali di calcio[[sodio]].]]

Anche il tipo di [[radiazione]] emessa dipende fortemente dalle specie chimiche in gioco nelle reazioni e in particolare dagli intermedi presenti nella [[fiamma]] in stati eccitati. Per esempio, la combustione dell'[[idrogeno]], che produce acqua, presenta una fievole luce azzurrina a causa delle transizioni dell'idrogeno monoatomico, mentre la combustione di composti che contengono importanti quantità di carbonio comporta una fiamma spesso di colorazione giallo-arancio per via della specie C₂. Il fatto sperimentale che composti diversi siano associati a una diversa colorazione della fiamma viene sfruttato nell'ambito della [[chimica analitica]] per effettuare un particolare tipo di analisi qualitativa, chiamata [[saggio alla fiamma]].

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ciò vuol dire che per bruciare 1 [[mole]] (o, in modo equivalente 22,414L) di metano servono 2 moli di ossigeno. In uscita si avranno 1 mole di anidride carbonica e 2 di acqua allo stato di vapore o, in alcuni casi, liquido (quest'ultimo caso si ha se si utilizza il calore latente di vaporizzazione che condensa l'acqua, come avviene nelle caldaie a condensazione).

Questo processo ha un [[potere calorifico]] che può raggiungere i 9520[[Kcal]]/[[metro cubo normale|Nm³]].<ref>{{Cita web|url=https://www.chimica-online.it/download/combustione-del-metano.htm|titolo=Combustione del Metano|sito=Chimica Online}}</ref>

Nella combustione del metano, lo [[stato di ossidazione]] del carbonio passa da -4 a +4, mentre per l'ossigeno la variazione è da 0 (ossigeno molecolare) a -2 (nell'acqua).

Nella combustione del metano, lo [[stato di ossidazione]] del carbonio passa da -4 a +4, mentre per l'ossigeno la variazione è da 0 (ossigeno molecolare) a -2 (nell'acqua e nell'anidride carbonica).

Dato che spesso si utilizza l'aria anziché l'ossigeno puro, bisogna tenere conto anche della presenza dell'azoto. L'aria è teoricamente formata (in volume) da 21% di ossigeno e da 79% da azoto; ciò vuol dire che il rapporto ossigeno/azoto è di 1:3,76. Pertanto la reazione di combustione diventa:

Dato che spesso si utilizza l'aria anziché l'ossigeno puro, bisogna tenere conto anche della presenza dell'azoto. L'aria è teoricamenteapprossimativamente formata (in volume) da 21% di ossigeno e da 79% da azoto; ciò vuol dire che il rapporto ossigeno/azoto è di 1:3,76. Pertanto la reazione di combustione diventa:

:<chem>CH4 + 2O2 + 7,52N2 -> CO2 + 2H2O + 7,52N2</chem>

Nella pratica non si brucia mai secondo la reazione stechiometrica. Questo perché rispettando le giuste quantità si rischia di avere incombusti; ecco perché generalmente si cerca sempre di bruciare in eccesso d'aria (o di ossigeno). Dato che stechiometricamente per 1 volume di metano servono 9,52 volumi di aria, nella realtà si ha che il rapporto metano/aria è di circa 1:10.

Quanto anzidetto è utile per calcolare quanta aria serva per la combustione completa di metano usando aria come comburente, ma non per i rapporti stechiometrici di reazione tra metano ed ossigeno, che sono i rapporti di reazione in moli (o volumi molari, per i gas) tra reagenti e prodotti di una reazione chimica: l'azoto infatti non è un reagente (diverso sarebbe se si considerasse anche una sua trasformazione a ossidi di azoto NOx), bensì si comporta da gas inerte, ovvero come "diluente" per l'ossigeno, non reagendo nella reazione su riportata. Se invece di ossigeno puro si usa aria o altra miscela in cui sia presente ossigeno, durante la combustione è necessario dosarla in maniera che l'ossigeno sia almeno in quantità stechiometrica rispetto al combustibile.

== Note ==

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== Voci correlate ==

* [[Ignifugazione]]

* [[Normativa comunitaria RoHS]]

* [[Fuoco]]

* [[Incendio]]

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== Altri progetti ==

{{interprogetto|etichettawikt=combustione|wiktpreposizione=combustionesulla}}

== Collegamenti esterni ==

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* {{en}} [http://www.thermopedia.com/content/643 Thermopedia, "Combustion"]

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|chimica}}